高速公路隧道监控系统设计研究

◎蔡志鸿

引言

近年来，公路隧道重大事故和险情频发，进一步暴露了公路隧道安全运营管理的薄弱环节。隧道安全运营管理必须强化措施和联勤，不断完善隧道安全管理工作方案和应急救援机制，建立隧道管理责任单位例会制度，定期组织情景演练和模拟训练，针对各类特殊情况，做到第一时间出警、第一时间设防、第一时间处理、第一时间救援和第一时间交通恢复，最大限度减少灾害和损失。为了有效监控所有进入隧道的车辆，尽快发现隧道内可能发生的交通事故，事故发生后，能及时控制隧道内所有车辆的情况，进行有效的救援和引导。广东赵江高速公路隧道多，路况复杂，交通量不断增加。积极探索隧道安全运营管理模式，建立了基于高清卡口识别的长大隧道安全比对监测系统，取得了良好的效果。

高清卡口已广泛应用于高速公路车辆信息识别。在高速公路长隧道出入口设置高清卡口，实时监控车辆进出隧道情况，实时掌握隧道内交通流量的速度，及时发现隧道内滞留的车辆。早期发现拥堵、交通事故、盗窃事故、车辆滞留等，为交通事故应急处理提供车辆信息依据。随着高速公路规模的不断扩大，高速公路监控已成为现代交通管理的重要组成部分。因此，为了加强高速公路隧道的监控，本文将基于高速公路隧道监控系统的总体框架，阐述隧道监控系统的系统设计组成。

一、高速公路监控系统设计综述

高速公路监控系统是对高速公路交通流的运行状态、道路设施的状态和交通环境的状态进行检测和控制，是实现高速公路安全行驶和道路畅通的基本要求和重要手段。高速监控系统设计的目的是及时高效地采集高速公路信息，传输相关数据，有效控制中心，发布信息。换句话说，高速公路监控系统由中央控制系统的子系统统一管理。根据分布在高速公路网中的各种检测仪器、摄像头等采集设备，可以高效、准确地计算高速交通数据，及时、有效地监测高速公路的交通状况、天气状况和运行状况。然后将仪器设备采集的交通流量数据、气象数据、运行状况等数据信息同步传输至监控系统管理中心，由计算机处理制定高速控制方案，以变更信息和变更限速标志为导向。这种设计不仅便于交管部门对可能或已有的道路拥堵及时采取交通再分配、疏导和控制，而且可以避免和缓解道路拥堵，成为出行者的重要参考。这也使出行者能够在最短的时间内判断出最佳的行驶路线，让最快的速度到达，高效利用时间和金钱，始终保持高速交通畅通，以最佳状态运行，及时有效地处理交通事故，有效降低事故发生的概率，提高交通运行的整体能力。

二、高速公路监控系统的设计原则

1.先进性和适用性。

系统的技术性能和质量指标应达到国际领先水平，同时，该系统也是一个面向不同管理层次的系统。其功能配置以给用户提供舒适、安全、方便、快捷为基础。其安装、调试、软件编程和操作应简单易掌握，适合我国国情和本工程特点。

2.可靠性与安全性。

系统的设计应具有较高的可靠性，能够保证系统故障或事故造成中断后数据的准确性、完整性和一致性，并具有快速恢复功能。同时，系统有一套完整的系统管理策略，可以保证系统的安全运行。

3.开放性。

针对现有成熟产品设计，考虑到周边信息通信环境现状和技术发展趋势，可实现消防、防盗、聚光灯系统联动，拥有RJ-45网络通信端口，可实现远程控制。

4.经济实用。

充分考虑用户的实际需求和信息技术的发展趋势，根据用户的现场环境，设计选择适合现场条件和用户需求的功能和系统配置方案，通过严格的有机结合，实现最佳的性价比，从而节约项目投资，保证系统功能实现的要求。

5.可扩展性。

系统的设计考虑了未来技术发展和使用的需要，具有更新、扩展和升级的可能性。根据本项目未来的实际需求，系统功能将进行扩展。同时，在本方案的设计中将留有冗余，以满足未来的发展需求。

三、高速公路隧道监控系统要求

高速公路隧道监控系统可以使管理部门充分掌握路段和隧道的运行状态，为管理部门的科学规划和交通环境的改善提供理论依据，从而保证行车的安全、高效、畅通。此外，高速公路隧道监控系统还可以为管理部门的决策提供依据，使其合理组织交通，减少因交通堵塞造成的经济损失，在一定程度上实现社会效益和经济效益的统一。此外，高速公路隧道监控系统的应用还可以减少交通事故，增强管理部门应对突发事件的能力。

1.信息查询。

管理部门可以随时从高速公路隧道监控系统中调出图像信息，并根据这些信息合理安排交通。一般来说，高速公路隧道监控系统具有实时上传的能力，将路况以图像、视频的形式保存下来，方便相关工作人员随时查询、统计。

2.信息处理。

此外，高速公路隧道监控系统还具有一定的信息处理能力，可以对采集到的信息进行处理，包括高速公路隧道的交通量、占用率等，并对信息进行处理后反馈给监控中心，以便相关工作人员处理内部交通业务。

3.模拟屏幕的显示控制。

高速公路隧道监控系统可以根据外场设备采集的数据模拟当前高速公路隧道的路况、交通量和速度，这些信息可以及时反馈到模拟屏幕供相关工作人员查看，高速公路隧道监控系统还可以自动生成历史数据，让监控中心的工作人员可以观察和跟踪车辆的情况。

4.报警和广播。

高速公路隧道监控系统具有初步分析功能，能够及时发现火灾情况，并通过报警将发现的情况上报监控中心，确保路段行车安全。此外，高速公路隧道监控系统还具有广播功能，根据情况对全路段进行广播，起到调节该路段交通量，保持交通畅通的作用。

四、隧道监控量测的主要内容和方法

隧道监测为施工方案的可行性和设计合理性提供依据，为了解施工现场围岩变形特征和等级提供依据，对二次衬砌作业时间具有决定性意义，是确保隧道顺利完工的重要手段。下面详细分析了主要的测量内容和方法。

1.洞穴内外调查。

对预计施工位置进行详细的现场勘察是隧道监控的重要内容。通过洞内外的勘察，可以了解围岩的特征和稳定性，也可以对支护结构进行安全可靠的分析。一般洞外观测主要在洞口、岩溶发育区和洞穴浅埋区。主要观测内容包括地表裂缝、沉陷、渗水和边坡稳定性等。内部观测包括开挖工作面观测和支护区域观测，通常在开挖后进行，观察岩层、岩性、断层、断层分布、形态、裂缝等。在溶洞内，及时记录和分析观测结果和锚杆、混凝土、二次衬砌的施工情况。

2.周边位移监控量测。

隧道围岩发生应力变化后，反映在围岩位移上。内壁面的距离用测距仪或会聚仪在固定点测量。通过实测数据，可以观察隧道空间是否稳定，综合反映围岩动态和支护效果，根据围岩稳定性判断初期支护是否合适，确定二次衬砌的施工时间。

3.地面沉降测量。

浅埋隧道施工可能引起地表沉降，因此应在开挖前开始进行地表沉降测量。随着隧道深度和宽度的增加，按照外疏内密的原则进行合理控制。监测地表沉降和沉降范围，分析随施工的变化规律。

五、高速公路隧道监控系统的组成

1.计算机控制系统。

计算机控制系统是整个隧道监控系统的大脑，可分为区域控制系统和主机控制系统两部分。区域控制系统的主要功能是采集和控制居民小区的实时交通信息，例如采集相应区域的CO 含量、能见度、光照强度等实时检测信息；对采集的实时检测信息进行预处理和存储，同时将信息及时传输给中央主机；从中央主机接收命令并将其发送到每个执行设备，管理人员可以根据隧道控制器组装的显示装置检查设备的运行状态。主机控制系统可以实时监控整个隧道，通过通信计算机对来自区域管制员的信息进行采集、检测和预处理，根据处理结果对隧道交通状况和环境进行分析和评价，制定相应的控制方案，以便能够及时调度和处理隧道事故，快速（迅速）疏通隧道，解决交通拥堵问题。

2.交通监控系统。

该系统由检测系统和感应系统两部分组成。其中，检测系统采集隧道内的各种实时信息，如交通流量、速度、能见度、异常情况等。根据信息，及时判断事故。掌握信息后，第一时间将信息传输到监控中心，同时自动判断交通情况。判断结果分为正常、拥堵、严重拥堵、事故四个等级。然后根据导向系统，对实际交通流量进行调控，确保隧道安全。对于引导方案，不同的运行工况对应各自的方案类型，如拥堵下的引导方案对应拥堵。交通检测的常用设施包括：摄像装置、监控装置和各种探测器等。感应常用的设施包括信号灯、限速标志、区域控制器等。一般来说，高速公路隧道进口段应设置限速标志和一组探测器，最后根据区域特点和要求在隧道内设置探测器。

3.照明控制系统。

照明系统的主要功能是控制高速公路中的照明。车辆白天通过隧道时，由于隧道外比较亮，隧道内比较暗，驾驶员开车进入隧道后，由于光线的差异会出现视觉黑洞现象，导致反应延迟。驶出隧道时，由于出口处光线很亮，会在视觉上导致白洞，影响驾驶员的视觉判断。此外，由于隧道内的车辆废气没有及时充分扩散，容易形成一定的烟雾，降低隧道内的能见度，给车辆埋下安全隐患。因此，为了保证车辆行驶的安全性和监控的有效性，需要在高速公路隧道内设计合理的照度，同时设置不间断电源和应急照明设备，避免因突然停电或断电而引发事故。

4.视频监控系统。

视频监控子系统的主要监控设备是摄像机，可以直观、实时地监控流量。当隧道或箱式配电站发生火灾时，火灾监控子系统能够检测到报警事件，并通过隧道语音广播系统及时发出报警信号，同时通知相关部门及时实施救援工作。在界面设计中，可以在界面上动态显示被监控路段消防设备的工作状态，并接收火灾报警信号进行进一步确认和救援。火灾报警和确认程序完成后，应做好记录。值班人员通过消防联动控制系统检测或手动报警接收火灾信息，图像确认后立即启动火灾报警控制方案。

5.应急联动系统。

应急联动预案是在收到应急事件信息后，可以人工进行验证和校验，通过联动系统实现设备控制的自动化集成，能够提供安全舒适的驾驶环境，提高驾驶效率。联动应急预案系统可实现事件检测发现、报警信息确认、预案预设置、联动应急处理等功能。接收隧道内火灾报警点的报警、各种检测设备的报警和各种渠道获得的手动报警；手动确认报警信息；根据不同的报警区域、事件分类和事件级别，用户可以修改和删除现有计划，也可以重新编辑和设置新计划。按照事先设定的应急预案，对所有相关设备进行操作，达到联动联控的预期效果。

六、高速公路隧道开发管理系统

1.联合计算机控制系统。

高科技的发展给交通的各个方面带来了巨大的机遇，尤其是公路隧道段。过去的监控系统和监控设备还不足以跟上时代的发展趋势，也不能在交通发展中发挥明显的作用。要想跟上当代潮流的发展，离不开计算机的应用。可以用最先进的技术和操作方法第一时间反映公路隧道的交通情况，用智能处理和计算机对监控内容进行智能化、系统化的处理。同时，计算机的智能化还可以处理一系列问题，尤其是在高速公路隧道中行驶时。安装智能照明能源可以利用电脑根据外面的亮度调节隧道内的亮度，使亮度达到标准，改变进入黑暗天时视觉下降的问题。同时也能缓解驾驶员对隧道内亮度调节的适应，给驾驶员一个反应时间，避免事故发生。隧道内还可以安装一定的智能排气系统，或者对废气进行处理，使汽车尾气在排放时不会形成烟雾，从而避免对驾驶员的视线造成一定的阻碍；在离开隧道前，可以通过电脑智能处理出口灯光，使灯光相对更强，防止司机出现白洞，造成一定的交通事故。我们应该做好照明安全。一旦夜间出现一系列警示标志，必须提示车辆在隧道内减速行驶。不仅如此，我们还可以利用电脑将监控设备和模式调整到夜间，确保高速公路隧道在夜间能够得到有效的观察，如果有紧急情况，也能及时处理。

2.隧道监控和照明系统。

为确保公路隧道交通安全，从施工角度来看，需要完善照明系统和监控系统，为隧道安全通行提供有效保障，同时可以大大提高通行速度和效率，从而提高公路隧道发展质量。采用分散式交通控制策略对高速公路隧道内的交通进行控制，找出引发事故的因素并及时消除，防止交通拥堵和交通事故的发生，可以及时提高处理交通隧道的利用率。隧道的存在不仅是一种进步，也是对高速公路建设的挑战。高速公路的快速发展为隧道带来了许多机遇，尤其是照明系统和监控系统极为重要。如果能结合外界光线的具体情况，有效调节照明的亮度或有效开发隧道，那么这将是高速公路未来发展的一次跨越式调整。除了照明系统之外，隧道内还有一个监控系统需要完善，尤其是检测交通流量、车速以及安全的各个方面等，从而提高高速公路资源的利用率。视频等监控设备完善后，可以及时有效地了解高速公路隧道内的运行和交通情况。视频监控系统必须连续不间断地工作，随时为工作人员检查提供最佳视角。不仅如此，监控系统还能有效提供各方面的信息，通过智能处理提供更完整的数据，获得各个地方全方位的数据系统。视频监控前端系统可以让工作人员更方便的采集数据，尤其是视频和图像数据，监控系统的传输系统主要由电缆和电力线控制。由于监控系统的控制中心远离控制现场，主要用于控制前端设备和处理事故的工作，以方便和更好地加强监控系统的控制和处理。显示系统的功能通常与控制中心一起使用，完善的监控设备不仅可以完成基础监控和事件处理，还可以对相应的监控设备进行一系列具体操作，然后通过各种渠道对视频显示屏上的视频进行分析，找到解决方案，确保一系列交通安全，从根本上预防交通事故的发生。

结语

完善高速公路隧道监控系统是隧道行车安全的保证，监控管理的统一系统和智能化正日益发挥着非常突出的作用。完善监测机制是当代科技的又一进步，将互联网技术应用于高速公路隧道的发展必将成为未来发展的必然要求。在确保安全的情况下，高速公路隧道的管理将进入一个新的阶段。